轨道交通环境与设备监控系统设计研究

轨道交通环境与设备监控系统设计研究

黄瑞湖

北京城建设计发展集团股份有限公司北京430062

摘要：随着城市化进程的加快，对轨道建设也提出更高的要求。然而从部分城市轨道交通环境现状看，仍表现出环境较为复杂、安全系数不高等，如其中的温度、压力、送风以及冷源流量等，很难达到舒适度要求。这就要求轨道建设中，做好环境改善工作，并辅以相应的监控系统，有利于提升轨道交通运营水平。本文将对BAS系统相关概述、轨道交通环境与设备监控系统设计思路以及设计实现进行探析。

关键词：环境与设备监控系统；设计；实现

前言：作为城市交通类型之一，地铁近年来逐渐成为缓解城市交通压力关键所在。但由于地铁环境本身较为复杂，且其中涉及的设备过多，若未做好控制工作，极易使地铁安全系数降低，影响地铁功能的实现。尽管部分城将BAS系统引入，但由于其设计不合理，并未发挥实际应用优势。因此，本文对BAS系统设计研究，具有十分重要的意义。

一、BAS系统相关概述

关于BAS系统，其实质为用于管理、控制与监视地铁建设设备的系统，如电梯、照明、给排水、通风、屏蔽门等。从BAS系统功能看，其中中央综合监控BAS与车站综合监控BAS系统有其各自功能，前者表现在基本控制功能、监视功能、报警管理等，后者表现为数据收集与处理、调节功能、通讯功能、自动诊断功能以及系统联动等。实际设计中，BAS有其遵循的原则，要求结合实际设计情况的基础上，满足可升级性、可扩充性、实用性、安全性以及先进性等要求，确保系统运行中，能够做到有效监测整个轨道交通环境与所有设备[1]。

二、轨道交通环境与设备监控系统设计思路

（一）环控设计方案

环控系统的设计集中表隧道通风、车站通风以及车站冷水系统等方面。实际设计中，涉及的设计内容包括：第一，全局控制。环境控制系统设计中，要求由终端发出，使送风机运行中能够满足整个环境需要，防止有压差情况出现在空调区域，且确保回排风机高效运行。同时，二级泵、二通阀的运也应保持高效，使最终的出水温度达到相应设计要求。为实现全局最优控制目标，应对冷源流量、冷冻水供回压差、送风温度、室内温度以及室内压力等方面。

第二，室内温度。控制中可考虑将VAV送风机变风量调节方式引入，其实现的原理表现在风机转动频率变化下，将传送的冷量融合空调区域温度，冷量与温度平衡下，达到温度控制要求。

第三，室内压力控制。送风量调整中，应注意使室内气压与人体舒适度要求相适应，设计中可考虑利用PID闭环控制回路，通过具体的控制方法实现压力控目标，如风道静压控制、恒定控制、转速随动近似控制等。

第四，送风温度。该部分设计中要求充分发表冷器二通阀作用，其可在对冷冻水流量改变的基础上，使热交换程度得以改变，当送风机运行中，吸热与放热保持平衡，便可达到送风温度稳定的目标。

第五，冷水压差。其控制目标的实现表现在二通阀开度调节下，通过对冷冻流量的改变，使末端负荷得以调整。实际控制中，可考虑将VWV二次泵变水量系统引入其中，其可在线监测末端负荷变化情况，通过水泵变频调速，使水管网中冷冻水流量得以调节。

此外，系统设计中，冷源流量的控制也极为重要，如地铁冷冻站中，有较多冷水机组引入其中，很难通过各机组的流量控制达到冷源流量控制目标，此时便可考虑从冷水机台数上着手，根据不同台数机组运行负荷情况，使冷源流量控制目标得以实现。

（二）接口设计要求

接口设计中，主要要求BAS与被监控对象、综合监控系统做好接口设计工作。首先，在对监控对象、BAS系统进行接口设计中，涉及的内容主要包括：①低压配电系统。其主要以变频器、空调箱、联锁风阀、风机等为主，且有其他如负荷开关、EPS设备与照明控制器等，若未保证接口设计合理，很可能影响低压配电系统作用的发挥。BAS系统与配电系统接口设计中，可通过ModBusTCP/IP协议实现，或在需要转换协议的情况下，将通信网关设置其中；②通风空调系统。BAS系统设计中，主要需满足中央监视、车站监视等要求，所以接口设计中，对于冷水系统部分，利用屏蔽多芯双绞线使BAS与冷水机控制端连接，且利用屏蔽双绞线使BAS系统与VRV控制器连接，其中协议都以ModBusTCP/IP为主；③给排水系统。接口设计中，需利用控制电缆使BAS与WSD保持连接；④其他接口设计。如人防门、电梯等，二者分别需利用硬线电缆、通信电缆实现与BAS系统设计的目标。

另外，在综合监控系统方面，接口设计中，主要考虑综合监控系统，包括中央综合监控系统与BAS的设计、车辆段监控与车站段BAS系统接口以及停车场监控系统与BAS系统的接口。不同接口设计有相应的要求，可根据实际情况进行设计[2]。

三、轨道交通环境与设备监控系统的实现

BAS系统设计中，除做好环控系统设计与接口设计工作外，也要求在实现中做好硬件与软件的设计。其中硬件设计部分，强调以BAS系统所处地理位置与整体环境，搭建相应的硬件平台，并合理选择硬件设备，如传感器、远程I/O、BAS机柜、控制器以及相应的通信模块等。另外，在软件设计中，可结合环控系统模式要求，在组态软件、控制器编程软件等方面进行设计，如组态软件方面，可将VijeoCitect软件引入，而在控制器编程软件上，可应用Controllogix软件[3]。

结论：BAS系统的合理设计是营造良好轨道交通环境的必然要求。实际设计中，应注意正确认识BAS系统的应用原理与优势，在环控系统优化设计的同时，进行接口设计，同时为使BAS系统应用效果得到提升，也要求在硬件与软件设计上进行强化，以此达到环境与设备监控的目标。

参考文献：

[1]朱波.重庆市轨道交通1号线综合监控系统设计与实现[D].重庆交通大学,2013.

[2]张华,陈辉,杨建国,张家梁,周虎.智能维护在轨道交通环境与设备监控系统中的应用[J].东华大学学报(自然科学版),2011,04:457-461.

[3]邱薇华,李健,黄璐,黄远春.城市轨道交通环境与设备监控仿真系统研发[J].重庆交通大学学报(自然科学版),2013,05:1002-1005.